CN111390180A - 一种提高由激光选区熔化技术制造的gh3536合金的持久性能的方法 - Google Patents

一种提高由激光选区熔化技术制造的gh3536合金的持久性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能的方法，属于合金熔炼技术领域。本发明针对GH3536这一合金进行热处理工艺调整，优化合金热处理工艺使得合金典型高温持久性能，对SLM技术及合金应用都有重要意义。本发明的有益效果：可以使SLM制备GH3536合金典型高温持久性能达到锻件标准，且消除SLM制造合金组织不均匀引起的合金持久性能各向异性。

Description

一种提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能 的方法
技术领域
本发明涉及一种提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能的方法，属于合金熔炼技术领域。
背景技术
激光选区熔化技术（SLM）可根据零件三维数模，利用金属粉末无需任何工装夹具和模具，直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“净成形”的材料加工新理念，适用于制造具有复杂内腔结构的难加工零件，具有材料利用率高、产品生产开发周期短、对产品的形状几乎没有限制、精度高等特点。目前SLM技术在不锈钢、钛合金、铝合金及高温合金领域已有一定程度的应用，展现出技术独特的优势。
高温合金作为能在600℃以上的高温长期稳定服役的一类金属材料，具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，广泛应用于航空航天、燃气轮机等极端条件下。
采用SLM技术制造高温合金可以制备网格、空腔等传统铸造和锻造无法实现的结构零件，为航空航天等设计单位提供了更多的选择，由于高温合金主要应用在复杂高温条件下，其对合金的组织状态、缺陷等具有较高的要求，采用SLM技术制造高温合金其致密度可达99.7%以上，但仍存在一定的孔洞等微观缺陷 （缺陷会显著降低高温合金的力学性能，包括高温拉伸、持久、疲劳等，并且合金经SLM制造后横、纵向组织差异较大，对合金高温持久性能不利，难以达到锻态甚至铸态性能，使得合金在服役期间存在较大安全隐患，同时也限制了SLM技术在高温合金领域的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的SLM制造后的合金高温持久性能不佳，横、纵向组织差异较大的缺陷，提出一种提高镍基高温合金持久性能的热处理方法，解决合金在典型制度下（815℃/105MPa）高温持久性能不均匀且性能低的问题。
本发明通过以下技术方案解决技术问题: 一种提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能的方法,包括以下步骤：
第一步、预处理，在热处理前将激光选区熔化技术制造的高温合金工件清理干净；
第二步、对工件进行热处理，以5-10℃/min速率升温至900℃保温4h后退火取出工件；
第三步、对工件进行热等静压处理，抽真空至10-1Pa 以下,充入纯度99.999%的氩气，以5-15℃/min的升温速率加热至1160-1210℃，调节气压至130-170MPa，在此温度下保温2-5h，炉冷至100℃以下后出炉；
第四步、对工件进行真空热处理，抽真空至10-3Pa以下，以5-15℃ /min 的速度加热（真空度达到10-2时可开启加热，提高效率）至1150℃保温10min，再以5-10℃/min升温至1150-1190℃，在此温度下保温0.5-3h，充氩气快速冷却至100℃以下后取出工件，完成热处理。
上述方法的所述第一步中，将工件的表面及内腔的粉末清理干净，用压缩空气吹扫零件表面和内腔。
本发明针对GH3536这一合金进行热处理工艺调整，优化合金热处理工艺使得合金典型高温持久性能达到锻件水平，对SLM技术及合金应用都有重要意义。本发明的有益效果：该热处理方法可以使SLM制备GH3536合金典型高温持久性能达到锻件标准，且消除SLM制造合金组织不均匀引起的合金持久性能各向异性。
附图说明
图1为本发明所得GH3536合金典型横纵向组织图片，图中，a为横向组织图片；b为纵向组织图片。
具体实施方式
以下实施例的热处理工艺方案主要包括退火、热等静压与固溶处理，具体如以下实施例，所得GH3536合金的典型横纵向组织图片见图1, 锻件标准参考《中国航空材料手册》第2卷.变形高温合金.铸造高温合金》。
实施例1
本实施例按以下方法处理由激光选区熔化技术制造的GH3536合金:
（1）热处理前将SLM制造的高温合金零件表面及内腔的粉末清理干净，用压缩空气吹零件表面和内腔，保证清理干净。
（2）将工件放入热处理炉（空气炉与真空炉均可），以5-10℃/min速率升温到900℃保温4h，炉冷。退火处理主要为了消除SLM制备工件急冷过程中残余应力较多的隐患。
（3）将工件放入热等静压炉中，抽真空至10-1Pa 以下，充入高纯氩气（纯度99.999%），以5-15℃/min的升温速率（真空度达到一定时可开启加热，提高效率）加热至1160℃，调节气压至130MPa，在此温度下保温2h，炉冷至100℃以下出炉。热等静压处理主要为了通过高温高压密实合金中的空隙等缺陷，使得合金近乎完全致密。
（4）将工件放入真空热处理炉中，抽真空至10-3Pa以下，以5-15℃ /min 的速度加热（真空度达到10-2Pa时可开启加热，提高效率）至1150℃保温10min，使得工件在此温度下保温透，高温固溶时温度更加均匀，再以5-10℃/min升温至1150℃，在此温度下保温0.5-3h，充氩气快冷到100℃以下后取出。固溶处理可消除热等静压处理残留应力，同时可通过固溶空冷改善合金晶界组织形态及碳化物析出，提高合金性能。
本实施例得到的GH3536合金815℃/105MPa持久性能见表1。
表1 实施例1热处理后合金815℃/105MPa持久性能
试棒方向 持久寿命（h） 断后延伸率（%）
横向 41.3 19
纵向 42.2 20
锻件标准 ≥24 ≥10
实施例2
本实施例按以下方法处理由激光选区熔化技术制造的GH3536合金:
（1）热处理前将SLM制造的高温合金零件表面及内腔的粉末清理干净，用压缩空气吹零件表面和内腔，保证清理干净。
（2）将工件放入热处理炉（空气炉与真空炉均可），以5-10℃/min速率升温到900℃保温4h，炉冷。退火处理主要为了消除SLM制备工件急冷过程中残余应力较多的隐患。
（3）将工件放入热等静压炉中，抽真空至10-1Pa 以下，充入高纯氩气（纯度99.999%），以5-15℃/min的升温速率（真空度达到一定时可开启加热，提高效率）加热至1210℃，调节气压至170MPa，在此温度下保温2h，炉冷至100℃以下出炉。热等静压处理主要为了通过高温高压密实合金中的空隙等缺陷，使得合金近乎完全致密。
（4）将工件放入真空热处理炉中，抽真空至10-3Pa以下，以5-15℃ /min 的速度加热（真空度达到一定时可开启加热，提高效率）至1150℃保温10min，使得工件在此温度下保温透，高温固溶时温度更加均匀，再以5-10℃/min升温至1190℃，在此温度下保温0.5-3h，充氩气快冷到100℃以下后取出。固溶处理可消除热等静压处理残留应力，同时可通过固溶空冷改善合金晶界组织形态及碳化物析出，提高合金性能。
本实施例得到的GH3536合金815℃/105MPa持久性能见表2。
表2 实施例2热处理后合金815℃/105MPa持久性能
试棒方向 持久寿命（h） 断后延伸率（%）
横向 43.9 17
纵向 45.2 22
锻件标准 ≥24 ≥10
实施例3
本实施例按以下方法处理由激光选区熔化技术制造的GH3536合金:
（1）热处理前将SLM制造的高温合金零件表面及内腔的粉末清理干净，用压缩空气吹零件表面和内腔，保证清理干净。
（2）将工件放入热处理炉（空气炉与真空炉均可），以5-10℃/min速率升温到900℃保温4h，炉冷。退火处理主要为了消除SLM制备工件急冷过程中残余应力较多的隐患。
（3）将工件放入热等静压炉中，抽真空至10-1Pa 以下，充入高纯氩气（纯度99.999%），以5-15℃/min的升温速率（真空度达到一定时可开启加热，提高效率）加热至1175℃，调节气压至150MPa，在此温度下保温3h，炉冷至100℃以下出炉。热等静压处理主要为了通过高温高压密实合金中的空隙等缺陷，使得合金近乎完全致密。
（4）将工件放入真空热处理炉中，抽真空至10-3Pa以下，以5-15℃ /min 的速度加热（真空度达到一定时可开启加热，提高效率）至1150℃保温10min，使得工件在此温度下保温透，高温固溶时温度更加均匀，再以5-10℃/min升温至1175℃，在此温度下保温0.5-3h，充氩气快冷到100℃以下后取出。固溶处理可消除热等静压处理残留应力，同时可通过固溶空冷改善合金晶界组织形态及碳化物析出，提高合金性能。
本实施例得到的GH3536合金815℃/105MPa持久性能见表3。
表3 实施例3热处理后合金815℃/105MPa持久性能
试棒方向 持久寿命（h） 断后延伸率（%）
横向 44.2 41.5
纵向 47.8 41.5
锻件标准 ≥24 ≥10
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能的方法，包括以下步骤：
第一步、预处理，在热处理前将激光选区熔化技术制造的高温合金工件清理干净；
第二步、对工件进行热处理，以5-10℃/min速率升温至750-900℃保温2-6h后退火取出工件；
第三步、对工件进行热等静压处理，抽真空至10-1Pa 以下,充入纯度99.999%的氩气，以5-15℃/min的升温速率加热至1160-1210℃，调节气压至130-170MPa，在此温度下保温2-5h，炉冷至100℃以下后出炉；
第四步、对工件进行真空热处理，抽真空至10-3Pa以下，以5-15℃ /min 的速度加热至1100-1150℃保温10-30min，再以5-10℃/min升温至1150-1190℃，在此温度下保温0.5-3h，充氩气快速冷却至100℃以下后取出工件，完成热处理。
2.根据权利要求1所述提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能的方法，其特征在于：所述第一步中，将工件的表面及内腔的粉末清理干净，用压缩空气吹扫零件表面和内腔。
3.根据权利要求1所述提高由激光选区熔化技术制造的GH3536合金的持久性能的方法，其特征在于：所述第四步中，真空度达到10-2时开启加热。
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